JPH0126553B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0126553B2
JPH0126553B2 JP50176382A JP50176382A JPH0126553B2 JP H0126553 B2 JPH0126553 B2 JP H0126553B2 JP 50176382 A JP50176382 A JP 50176382A JP 50176382 A JP50176382 A JP 50176382A JP H0126553 B2 JPH0126553 B2 JP H0126553B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
cup
ceramic
gas
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP50176382A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58500682A (en
Inventor
Jeemusu Eru Hobaato
Uein Esu Mefuaato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Coherent Inc
Original Assignee
Coherent Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=26947614&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JPH0126553(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Priority claimed from US06/259,912 external-priority patent/US4376328A/en
Priority claimed from US06/259,911 external-priority patent/US4378600A/en
Application filed by Coherent Inc filed Critical Coherent Inc
Publication of JPS58500682A publication Critical patent/JPS58500682A/en
Publication of JPH0126553B2 publication Critical patent/JPH0126553B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/04Arrangements for thermal management
    • H01S3/041Arrangements for thermal management for gas lasers

Description

請求の範囲 1 比較的薄い電気絶縁性材料で作られた気体封
入円筒管と、 該管内にあり、かつその軸線に対して概略垂直
である複数の離隔されたデイスクであつて、各々
が前記管の軸線と共軸的に整合された中央部開口
を有しており、該開口が中心部放電路を画成する
デイスクと、 高い熱伝導度を有した複数のカツプ状部材であ
つて各々が概略平坦な面、概略円筒形状のリム、
及び該平坦な面の中央にある開口を有しているカ
ツプ状部材とを含んでおり、 該カツプ状部材が前記各々のデイスクの中央部
開口から前記管の壁に至りかつ該管壁を通過する
熱伝導路を与え、該各々のカツプ状部材の開口の
周縁に前記デイスクが装着され、さらに、前記管
の内側壁沿いに該各々のカツプ状部材のリムの遠
方側の縁が永久的に固定されており、さらに、 前記管内の気体を励起する装置と、 前記管と整合された光学的空洞と を含むレーザ。
Claim 1: A gas-filled cylindrical tube made of a relatively thin electrically insulating material, and a plurality of spaced apart disks within the tube and generally perpendicular to the axis thereof, each disc disposed within the tube. a disk having a central aperture coaxially aligned with the axis of the disk, the aperture defining a central discharge path; and a plurality of cup-shaped members each having a high thermal conductivity. Approximately flat surface, approximately cylindrical rim,
and a cup-shaped member having an opening in the center of the flat surface, the cup-shaped member extending from the central opening of each of the disks to the wall of the tube and passing through the wall of the tube. the disk is attached to the periphery of the opening of each cup, and the distal edge of the rim of each cup is permanently attached along the inner wall of the tube. a fixed laser, further comprising: a device for exciting a gas within the tube; and an optical cavity aligned with the tube.

2 請求の範囲第1項に記載のレーザにおいて、
前記各々のカツプ状部材は前記開口と前記リムと
の間に少なくとも一つの気体戻り穴を有するレー
ザ。
2. In the laser according to claim 1,
The laser wherein each cup-shaped member has at least one gas return hole between the opening and the rim.

3 請求の範囲第2項に記載のレーザにおいて、
前記各カツプ状部材は、前記中央部開口に共軸的
に整合され、さらに、隣り合うカツプ状部材との
間の少なくとも一部分に延出し、かつ前記気体戻
り穴までの半径方向位置以下の半径を有する遮蔽
体を含むレーザ。
3. In the laser according to claim 2,
Each cup-like member is coaxially aligned with the central opening and further extends at least a portion between adjacent cup-like members and has a radius less than or equal to a radial position to the gas return hole. A laser including a shield having a shielding body.

4 請求の範囲第3項に記載のレーザにおいて、
前記リング遮蔽体は隣接する前記カツプ状部材の
本体内に延びるレーザ。
4. In the laser according to claim 3,
The ring shield extends into the body of the adjacent laser cup.

5 請求の範囲第2項に記載のレーザにおいて、
前記リング遮蔽体の直径は前記管内における気体
ポンピング量を制御すべく選択されるレーザ。
5. In the laser according to claim 2,
The diameter of the ring shield is laser selected to control the amount of gas pumped within the tube.

6 請求の範囲第2項に記載のレーザにおいて、
前記気体戻り穴の寸法かつまたは位置は前記カツ
プ状部材により様々であるレーザ。
6. In the laser according to claim 2,
The size and/or location of the gas return hole may vary depending on the cup-shaped member.

7 請求の範囲第2項に記載のレーザにおいて、
前記リング遮蔽体の直径は前記管内で気体圧力勾
配に局所的変化を生じさせるように選択されるレ
ーザ。
7. In the laser according to claim 2,
The diameter of the ring shield is selected to create a localized change in gas pressure gradient within the tube.

8 請求の範囲第1項に記載のレーザにおいて、
陽極から発生した熱が前記管に、さらに該管を通
過して伝導されるように、該陽極が前記カツプ状
部材によつて前記管内に固定されているレーザ。
8. In the laser according to claim 1,
A laser in which the anode is secured within the tube by the cup-shaped member such that heat generated from the anode is conducted to and through the tube.

9 請求の範囲第1項に記載のレーザにおいて、
前記電気絶縁性の管はセラミツクであるレーザ。
9. In the laser according to claim 1,
The electrically insulating tube is made of ceramic.

10 請求の範囲第9項に記載のレーザにおい
て、前記セラミツク管はアルミナ製であるレー
ザ。
10. The laser according to claim 9, wherein the ceramic tube is made of alumina.

11 請求の範囲第1項に記載のレーザにおい
て、前記カツプ状部材は銅製であるレーザ。
11. The laser according to claim 1, wherein the cup-shaped member is made of copper.

12 請求の範囲第1項に記載のレーザにおい
て、前記デイスクはタングステン製であるレー
ザ。
12. The laser according to claim 1, wherein the disk is made of tungsten.

13 請求の範囲第1項に記載のレーザにおい
て、前記カツプ状部材はろう付けによつて固定さ
れるレーザ。
13. The laser according to claim 1, wherein the cup-shaped member is fixed by brazing.

14 比較的に薄い電気絶縁材料で作られた気体
封入円筒管と、 高い熱伝導度を有する材料で作られた複数の薄
壁部材であつて、各々が前記管の軸線に共軸的に
整合された中央開口を有し、該開口が中心部放電
路を画成している部材とを有しており、 該各薄壁部材の中央開口から前記管壁に至り、
かつ該管壁を通過する熱伝導路が形成され、前記
管の内側壁沿いに前記各薄壁部材の遠方側の縁が
永久的に固定され、前記各中央開口が耐スパツタ
性材料で囲まれており、さらに、 前記管内の気体を励起する装置と、 前記管に整合された光学的空洞と を含むレーザ。
14 A gas-filled cylindrical tube made of a relatively thin electrically insulating material and a plurality of thin-walled members made of a material having high thermal conductivity, each coaxially aligned with the axis of the tube. a central opening defining a central discharge path, the central opening of each thin-walled member extending from the central opening to the tube wall;
and a heat conduction path is formed through the tube wall, the distal edge of each thin-walled member is permanently secured along the inner wall of the tube, and each central opening is surrounded by a spatter-resistant material. and further comprising: a device for exciting gas within the tube; and an optical cavity aligned with the tube.

15 請求の範囲第14項に記載のレーザにおい
て、前記各々の薄壁部材は少なくとも一つの気体
戻り穴を有しているレーザ。
15. The laser of claim 14, wherein each thin-walled member has at least one gas return hole.

16 請求の範囲第15項に記載のレーザにおい
て、前記薄壁部材に同軸的に固定されて前記管内
のガスの流れを制御する遮蔽体を有するレーザ。
16. The laser of claim 15, including a shield coaxially fixed to the thin-walled member to control gas flow within the tube.

17 請求の範囲第14項に記載のレーザにおい
て、前記電気絶縁性材料製の円筒管はアルミナ製
であり、前記薄壁部材は銅製であり、前記耐スパ
ツタ性材料はタングステンであるレーザ。
17. The laser of claim 14, wherein the cylindrical tube of electrically insulating material is made of alumina, the thin-walled member is made of copper, and the spatter-resistant material is tungsten.

18 気体レーザ放電管を製造する方法であつ
て、管の軸線に概略整合された中心開口を各々有
する複数の離隔された熱伝導性部材を、電気絶縁
性の該管内に組立てる段階と、 中央部開口を各々有する耐スパツタ性デイスク
を、前記各熱伝導性部材に隣接して設ける段階
と、 前記デイスクの中央部開口を貫通した心金を引
つ張つて光学的に真直ぐな孔を画成するように該
デイスクを厳密に整合させる段階と、 前記熱伝導性部材を前記電気絶縁性管に永久的
に固定し、さらに、前記デイスクを該熱伝導性部
材に永久的に固定する段階と を含む方法。
18. A method of manufacturing a gas laser discharge tube comprising assembling within the electrically insulating tube a plurality of spaced apart thermally conductive members each having a central opening generally aligned with the axis of the tube; providing a spatter-resistant disk adjacent to each thermally conductive member, each having an aperture; and tensioning a mandrel passing through a central aperture of the disk to define an optically straight hole. permanently securing the thermally conductive member to the electrically insulating tube, and permanently securing the disc to the thermally conductive member. Method.

19 請求の範囲第18項に記載の方法におい
て、前記固定する段階は前記熱伝導性部材を前記
電気絶縁性の管にろう付けすることを含む方法。
19. The method of claim 18, wherein said securing step includes brazing said thermally conductive member to said electrically insulating tube.

20 請求の範囲第19項に記載の方法におい
て、前記組立てる段階は前記ろう付けの前に前記
熱伝導性部材と前記電気絶縁性の管との間に硬ろ
う材料を挿入する段階を含む方法。
20. The method of claim 19, wherein said assembling step includes inserting a braze material between said thermally conductive member and said electrically insulating tube prior to said brazing.

21 請求の範囲第20項に記載の方法におい
て、前記ろう付けの段階は前記心金を引つ張つた
状態で前記管組立体全体を焼くことにより達成さ
れる方法。
21. The method of claim 20, wherein the step of brazing is accomplished by baking the entire tube assembly while the mandrel is under tension.

22 請求の範囲第19項に記載の方法におい
て、前記組立て段階は、 (a) 熱伝導性材料のカツプ状部材を形成する段階
と、 (b) 該カツプ状部材を前記管内で離隔させて挿入
する段階と、 (c) 前記カツプ状部材と前記管壁との間に硬ろう
材料を挿入する段階と、 (d) 前記カツプ状部材のリムを前記管の内壁に向
かつて拡張させて該カツプ状部材を所定位置に
保持する段階と を含む方法。
22. The method of claim 19, wherein the assembling step comprises: (a) forming a cup of thermally conductive material; and (b) inserting the cup at a distance within the tube. (c) inserting a solder material between the cup-like member and the tube wall; and (d) expanding the rim of the cup-like member toward the inner wall of the tube to open the cup. holding the shaped member in place.

23 請求の範囲第22項に記載の方法におい
て、前記デイスクと前記カツプ状部材との間に硬
ろう材料が与えられる方法。
23. A method according to claim 22, wherein a solder material is provided between the disk and the cup.

24 請求の範囲第23項に記載の方法におい
て、少なくとも二つの前記カツプ状部材は前記管
内に挿入される前にデイスクが接合されて孔の中
心線を確定する方法。
24. The method of claim 23, wherein at least two of the cup-shaped members are joined to define the centerline of the bore prior to insertion into the tube.

25 請求の範囲第21項に記載の方法におい
て、前記焼き段階は前記心金を鉛直方向に向けて
行う方法。
25. The method according to claim 21, wherein the baking step is performed with the mandrel facing vertically.

26 請求の範囲第22項に記載の方法におい
て、前記組立て段階は、前記各カツプ状部材の一
部として共軸的な遮蔽リングを形成することを含
む方法。
26. The method of claim 22, wherein the step of assembling includes forming a coaxial shielding ring as part of each cup.

27 請求の範囲第19項に記載の方法におい
て、前記熱伝導性部材は前記管内に組立てられる
前に焼鈍される方法。
27. The method of claim 19, wherein the thermally conductive member is annealed prior to assembly within the tube.

28 請求の範囲第18項に記載の方法におい
て、前記レーザ管の一端を陰極組立体で終端さ
せ、他端を陽極で終端させる段階を含む方法。
28. The method of claim 18, including terminating one end of the laser tube with a cathode assembly and the other end with an anode.

29 請求の範囲第28項に記載の方法におい
て、前記陽極を別の熱伝導性部材により前記管壁
に装着することにより該陽極が該管内に固定され
る方法。
29. The method of claim 28, wherein the anode is secured within the tube by attaching the anode to the tube wall by another thermally conductive member.

技術分野 本発明は気体レーザー、特に改良されたレーザ
ー放電管を有する気体イオンレーザーに関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to gas lasers, and more particularly to gas ion lasers with improved laser discharge tubes.

背景技術 現在、数種類の市販されている気体イオンレー
ザがある。その一つの型式は気体封入ガラス管内
に複数のグラフアイトデイスクを使用する放電管
を有する。たとえば米国特許第3619810号を参照
されたい。また、他の型式においては厚壁状のベ
リリア(酸化ベリリウムBeO)の小片が放電孔
を形成すべく一体に接合されている。たとえば米
国特許第3760213号参照。
BACKGROUND ART There are currently several types of gas ion lasers on the market. One type has a discharge tube that uses a plurality of graphite disks within a gas-filled glass tube. See, eg, US Pat. No. 3,619,810. In other types, thick-walled pieces of beryllium (beryllium oxide BeO) are joined together to form discharge holes. See, for example, US Pat. No. 3,760,213.

米国特許第3501714号にはもう一つの型の放電
管が説明されている。この特許においては薄壁状
の精密加工のセラミツク管が使用されている。提
案されているセラミツク材料の一つはアルミナ
(酸化アルミニウムAl2O3)である。放電で発生
された熱は一連の密接に離隔された円筒部分から
管外に伝導されるのであるが、これら円筒部分は
管作動時に加熱されて膨張し、セラミツク管に接
触する。
Another type of discharge tube is described in US Pat. No. 3,501,714. This patent uses thin-walled, precision-machined ceramic tubing. One of the ceramic materials that has been proposed is alumina (aluminum oxide Al 2 O 3 ). The heat generated by the discharge is conducted out of the tube through a series of closely spaced cylindrical sections that heat and expand during tube operation and come into contact with the ceramic tube.

この設計は厚壁BeO型放電管よりも多数の利
点を有する。約2mmの内径と1ないし1.5cm程度
の外径を有したBeO毛細管においては酸化ベリ
リウムを流れる熱流が管外壁に引張応力を生じさ
せるが、この応力は代表的なイオンレーザーの場
合、セラミツクの破断強度の10ないし15パーセン
トに達する。アルミナは酸化ベリリウムの熱伝導
度の約七分の一の伝導度を有するので、かつその
応力は熱伝導度に反比例するので、同一寸法のア
ルミナ毛細管における応力は管を破壊するに十分
な大きさとなり得る。
This design has a number of advantages over thick-walled BeO discharge tubes. In a BeO capillary tube with an inner diameter of about 2 mm and an outer diameter of about 1 to 1.5 cm, the heat flow flowing through the beryllium oxide creates a tensile stress on the outer wall of the tube. reaching 10 to 15 percent of its strength. Because alumina has a thermal conductivity that is about one-seventh that of beryllium oxide, and because its stress is inversely proportional to its thermal conductivity, the stress in an alumina capillary of the same size is large enough to break the tube. It can be.

しかし比較的に薄壁の管(端効果は無視する)
においては外部層における円周方向及び縦方向の
引張応力は次式で与えられる。
However, relatively thin-walled tubes (ignoring edge effects)
The tensile stress in the circumferential direction and the longitudinal direction in the outer layer is given by the following equation.

1/2△tαε/(1−ν)。ここで△tは管壁を横
断する温度勾配、αは当該材料の熱膨張率、εは
その材料のヤング率、そしてνはポアソン比であ
る。もしもアルミナ管が直径1.5インチ(3.81cm)
程度に作られると熱流に利用し得る面積が△tを
かなり低下させる結果、応力は実質的に管の外径
の比にまで低減され得る。
1/2△tαε/(1−ν). where Δt is the temperature gradient across the tube wall, α is the coefficient of thermal expansion of the material, ε is the Young's modulus of the material, and ν is Poisson's ratio. If the alumina tube is 1.5 inches (3.81 cm) in diameter
When made to such an extent that the area available for heat flow reduces Δt considerably, the stress can be reduced substantially to the ratio of the outside diameter of the tube.

また、アルミナ管はさらに薄い壁で作ることが
出来る。酸化ベリリウム管における厚壁は構造上
の剛性を得る為であると共に水冷に大きな表面積
が必要であるからである。酸化アルミニウム管に
おいては大きな外径は構造上の剛性と水冷に利用
可能な面積の両方を与える。内径が1 1/4インチ
(3.715cm)ないし1 3/8インチ(3.4925cm)で外
径が1 1/2インチ(3.81cm)ないし1 5/8インチ
(4.1275cm)の酸化アルミニウム管における応力
計算値は、管を同一電力が流れる場合において酸
化アルミニウムの破断強度の10ないし15%に達す
る。従つて薄壁酸化アルミニウム管は管の引張強
度に匹敵する程の応力を管内に発生することなく
熱を伝導除去し得る能力において、酸化ベリリウ
ムと完全に比肩する。
Alumina tubes can also be made with even thinner walls. The thick walls of beryllium oxide tubes provide structural rigidity and require a large surface area for water cooling. In aluminum oxide tubes, the large outside diameter provides both structural rigidity and available area for water cooling. Stress in aluminum oxide tubing with an inside diameter of 1 1/4" to 1 3/8" and an outside diameter of 1 1/2" to 1 5/8" Calculations amount to 10 to 15% of the breaking strength of aluminum oxide when the same power flows through the tube. Thus, thin-walled aluminum oxide tubes are completely comparable to beryllium oxide in their ability to conductively remove heat without creating stresses in the tubes comparable to the tensile strength of the tubes.

しかし米国特許第3501714号に説明されている
レーザ管は設計上及び製造上の欠点を多数有して
いる。それらの欠点の多くは精密加工のセラミツ
ク管と厳格な公差を有したデイスクであつて管壁
に永久的には接合されないデイスクとを使用する
ことに由来する。
However, the laser tube described in US Pat. No. 3,501,714 has a number of design and manufacturing deficiencies. Many of their shortcomings stem from the use of precision-machined ceramic tubes and disks with tight tolerances that are not permanently bonded to the tube wall.

米国特許第3501714号は膨張するデイスクとセ
ラミツク管壁との間の対称的にして一様な熱的結
合を確実にするため表面仕上げ及び直径の両方に
厳格な公差を要求するデイスクの膨張を利用した
気体レーザー管について述べている。これによつ
て、製造が高価かつ困難となることに加え、もし
もこれらの公差が得られなければ、管の外壁から
出る非対称的熱流と相まつて、内部デイスクの膨
張はセラミツク管の引張強度を超えた大きな接線
方向応力を生ずるに至る。厳格な公差を保持しな
ければならないために、機械工作される管の長さ
が制限される。上述のレーザーにおいては管外径
が約1.7インチ(4.318cm)である場合でも放電管
は4インチ(10.16cm)未満である。半径方向に
対称的な熱流がある条件下ではセラミツク管の熱
応力は内部壁が外部壁よりも高温であることに帰
因する。したがつて管は外部壁におけるよりも接
線方向引張応力が大きくなるように膨張する。対
称的な半径方向の熱流がある条件下では外部壁に
おける接線方向引張応力(セラミツクは引張応力
に最も弱い)はすでにセラミツクの引張破断応力
の約20%に達する。厳格な公差が維持されたとし
ても非対称的熱流条件が発生する結果、外部セラ
ミツク管引張応力は対称的な半径方向熱流の場合
に相遇する応力よりも係数5程大きいであろうと
推測される。この条件は管を容易に破断しかねな
い。
U.S. Pat. No. 3,501,714 utilizes disk expansion that requires tight tolerances on both surface finish and diameter to ensure a symmetrical and uniform thermal bond between the expanding disk and the ceramic tube wall. describes a gas laser tube. In addition to being expensive and difficult to manufacture, if these tolerances are not met, the expansion of the internal disk, combined with the asymmetric heat flow out of the tube's outer wall, can exceed the tensile strength of the ceramic tube. This results in large tangential stresses. The tight tolerances that must be maintained limit the length of tube that can be machined. In the laser described above, the discharge tube is less than 4 inches (10.16 cm) even though the outer diameter of the tube is about 1.7 inches (4.318 cm). Under conditions of radially symmetrical heat flow, thermal stresses in ceramic tubes result from the inner wall being hotter than the outer wall. The tube therefore expands so that the tangential tensile stress is greater than in the outer wall. Under conditions of symmetrical radial heat flow, the tangential tensile stress in the external wall (ceramic is the weakest in tensile stress) already amounts to about 20% of the tensile breaking stress of the ceramic. It is estimated that even if tight tolerances are maintained, as a result of the asymmetric heat flow conditions that occur, the external ceramic tube tensile stress will be as much as a factor of 5 greater than the stress that would be encountered in the case of symmetrical radial heat flow. This condition could easily rupture the tube.

さらに引例のような表面仕上げ公差を要求する
と(デイスク外側で16RMS以上、アルミナ管内
側壁の表面仕上げ…32RMS以上)管壁から熱流
に利用可能な実効表面積が制限される。
Furthermore, requiring surface finish tolerances as cited (16RMS or more on the outside of the disk, 32RMS or more on the surface finish of the inside wall of the alumina tube) limits the effective surface area available for heat flow from the tube wall.

特許第3501714号に説明されたレーザーはガス
放電及びその外方のセラミツク製封入管の間の熱
伝達に利用可能な表面積を最大にするため、厚い
デイスクの使用に頼つている。この事実及び内部
デイスクと外部セラミツク封入管との間の貧弱な
熱的接触は、レーザー内おける気体流に対して数
通りの形態で大きなインピーダンス(抵抗)を与
える。第一に、気体流が通る円筒形チヤンネルを
厚いデイスクに用いる必要があるが、厚いデイス
クは気体流により大きなインピーダンスを生ず
る。第二にデイスクの温度はより高く、一層大き
な気体流インピーダンスを生ずる。
The laser described in Patent No. 3,501,714 relies on the use of a thick disk to maximize the surface area available for heat transfer between the gas discharge and its outer ceramic encapsulation tube. This fact, and the poor thermal contact between the inner disk and the outer ceramic encapsulation tube, presents a large impedance (resistance) to gas flow within the laser in several ways. First, thick disks require the use of cylindrical channels through which the gas flow passes, and thick disks create a greater impedance for the gas flow. Second, the disk temperature is higher, creating a greater gas flow impedance.

発明の開示 したがつて改良された気体レーザーとそれを製
造する方法を与えることが本発明の目的である。
DISCLOSURE OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide an improved gas laser and method of manufacturing the same.

本発明のもう一つの目的は改良された放電管、
特にイオンレーザーに使用するに適したもの、を
与えることである。
Another object of the invention is an improved discharge tube,
The purpose is to provide one particularly suitable for use in ion lasers.

本発明のもう一つの目的は低い誤差許容範囲の
部品を使用して製造し得る改良された気体放電管
を有したイオンレーザーを与えることである。
Another object of the invention is to provide an ion laser with an improved gas discharge tube that can be manufactured using low tolerance components.

本発明のもう一つの目的は、堅牢にして非常に
信頼性の高い気体イオンレーザーを与えることで
ある。
Another object of the invention is to provide a gas ion laser that is robust and highly reliable.

本発明のもう一つの目的は放電路から熱を伝導
するに効果的である放電管を有した気体イオンレ
ーザーを与えることである。
Another object of the invention is to provide a gas ion laser with a discharge tube that is effective in conducting heat from the discharge path.

本発明のもう一つの目的は管内で気体ポンピン
グ(汲上げ)の量及び方向を制御する装置を備え
た気体イオンレーザー管を与えることである。
Another object of the invention is to provide a gas ion laser tube with a device for controlling the amount and direction of gas pumping within the tube.

本発明によれば気体レーザー、特に気体イオン
レーザー、にはアルミナのような薄壁の比較的誤
差許容範囲が低いセラミツク管の放電管が使用で
きる。電気放電による熱はセラミツク管の内側壁
に永久的に接合された薄壁のカツプ部材を使用す
ることによりセラミツク管に効果的に熱伝達され
る。
According to the present invention, gas lasers, particularly gas ion lasers, can use thin-walled, relatively low error tolerance ceramic discharge tubes such as alumina. Heat from the electrical discharge is effectively transferred to the ceramic tube through the use of a thin-walled cup member permanently bonded to the inside wall of the ceramic tube.

放電断面積は、カツプ部材又はカツプ部材に対
し共軸的に固定された耐スパツタ性デイスク、に
設けられた開口により決定される。カツプ部材の
周縁には気体戻り穴が設けられている。
The discharge cross-section is determined by an aperture in the cup member or in a spatter-resistant disk coaxially fixed to the cup member. A gas return hole is provided at the periphery of the cup member.

この構造を用いてプラズマ放電により発生され
た熱はこれらカツプ部材とセラミツク封入管とか
ら熱伝導されるがカツプ中心部とセラミツク管外
壁との間の温度差は小さい。この小さな温度差は
カツプ型部材とセラミツク管との間の接合が密で
あるためである。さらに特定するとこれら内部部
材は、セラミツク管に対しこれらいずれの方に丸
味不足や表面仕上げの不規則性があつても、変形
して適合する。さらにろう付け及びはんだ付け等
を行なうことにより永久的な金属接触が内部カツ
プ及び外部セラミツク壁の間に与えることが出
来、この接触はこれら双方間に高い熱伝導性を与
える。
Using this structure, heat generated by plasma discharge is conducted from the cup members and the ceramic encapsulated tube, but the temperature difference between the center of the cup and the outer wall of the ceramic tube is small. This small temperature difference is due to the tight bond between the cup and the ceramic tube. More specifically, these internal members will deform and conform to the ceramic tube even if either of them has insufficient roundness or irregularities in surface finish. Additionally, by brazing, soldering, etc., a permanent metal contact can be provided between the inner cup and the outer ceramic wall, which provides a high thermal conductivity between the two.

これらの方法を用いる結果、内部部分及び外部
部分に必要な誤差許容範囲は著しく低減される。
このことはさらにこれら部分の機械工作を要せず
に非常に長い構造体の製作を可能にする。好まし
くは孔を確定しているデイスクを支持するカツプ
部材は薄壁の銅で作られる。
As a result of using these methods, the required error tolerances for the internal and external parts are significantly reduced.
This also allows the fabrication of very long structures without requiring machining of these parts. Preferably the cup member supporting the disc defining the hole is made of thin walled copper.

銅はこれらのデイスクとして使用する良好な材
料である。この理由は適当に焼鈍されれば銅は延
性を有し、容易に膨張して壁に接触し、高い伝導
性を持つからである。その結果、中央孔と壁との
間の薄い部分は小さい温度勾配を与え、内部部分
を厚くすることなく内部部分の温度上昇を低く維
持する。米国特許第3501714号におけるレーザー
の設計におけるような熱膨張の為の空間を残す必
要はない。
Copper is a good material to use for these disks. The reason for this is that copper, when properly annealed, is ductile, easily expands into contact with walls, and has high conductivity. As a result, the thin section between the central hole and the wall provides a small temperature gradient and keeps the temperature rise in the internal part low without thickening the internal part. There is no need to leave room for thermal expansion as in the laser design in US Pat. No. 3,501,714.

上の薄壁部材は米国特許第3501714号のレーザ
ー設計に使用された厚壁よりもいくつかの利点を
有する。第一に薄壁は前述したように、円周の又
は表面仕上げのいずれかの誤差の許容範囲のいず
れにも依らずに外部セラミツク管の内径に適合す
べく容易にカツプの変形が起こり得る。これによ
り硬ろう材料又ははんだ材料の毛細管作用により
一様に濡らし得る一様な薄い空間が与えられ、硬
ろう又ははんだがカツプとセラミツク管との間の
熱的接合を果す。低精度のセラミツク管と組合せ
ることによつて、比較的容易にレーザ管が製造で
きる。
The thin wall member above has several advantages over the thick wall used in the laser design of US Pat. No. 3,501,714. First, the thin walls, as mentioned above, allow for easier cup deformation to fit the inner diameter of the outer ceramic tube without any tolerances for either circumferential or surface finish tolerances. This provides a uniform thin space that can be uniformly wetted by capillary action of the solder or solder material, which provides a thermal bond between the cup and the ceramic tube. By combining it with a low-precision ceramic tube, a laser tube can be manufactured relatively easily.

第二に薄壁カツプは管内に気体貯留のための大
きな容積を与える。このことの効果として、始動
の際又はあるレベルから他のレベルに変更する場
合に管内の圧力変化を最小にするための外部に釣
合いタンクを設けることなく良好な動作が得られ
る。
Second, the thin-walled cup provides a large volume for gas storage within the tube. The effect of this is that good operation is obtained without the need for external balancing tanks to minimize pressure changes in the tubes during start-up or when changing from one level to another.

第三に薄壁カツプは、遮蔽体を組合せることに
より大型で低温の、したがつて気体伝導性の高い
(圧力降下の低い)、かつ一個のデイスクの周縁上
の穴から次のデイスクの周縁上の穴に至る、経路
を与えることにより、管に沿つて低い圧力勾配を
維持し得る。
Third, a thin-walled cup, in combination with a shield, is large, cool, and therefore highly gas conductive (low pressure drop), and allows a hole in the periphery of one disk to pass through the periphery of the next disk. By providing a path to the upper hole, a low pressure gradient can be maintained along the tube.

本発明のもう一つの局面によれば、カツプ部材
それぞれに対し軸線方向に輪又は遮蔽体が設けら
れており、その結果セラミツク管壁近辺の気体が
一層低温に保たれることにより、管内に貯留され
る気体の量が増大される。この遮蔽体は管内にお
ける気体ポンピングを最小にする点で又は制御す
る点で助けとなる。
According to another aspect of the invention, each cup member is provided with an axial ring or shield so that the gas near the ceramic tube wall is kept at a lower temperature so that it is trapped within the tube. The amount of gas delivered is increased. This shield assists in minimizing or controlling gas pumping within the tube.

本レーザー設計の特徴は陽極にもある。この陽
極は他の内部管部材と同様に装架されている。し
たがつて陽極で発生された熱は直接、伝導によつ
てセラミツク封入管を介して伝導される。陽極は
冷却水と電気的接触を持たず、電気分解が排除さ
れている。したがつて水の抵抗率及び無機質存在
量は管の寿命に影響を与えない。
Another feature of this laser design is the anode. This anode is mounted like the other internal tube members. The heat generated at the anode is therefore directly conducted by conduction through the ceramic encapsulation tube. The anode has no electrical contact with the cooling water, eliminating electrolysis. Therefore, water resistivity and mineral abundance do not affect tube life.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明による改良型気体イオンレーザ
ーの分解断面図である。
FIG. 1 is an exploded cross-sectional view of an improved gas ion laser according to the present invention.

第2図は第1図のレーザーに使用されるカツプ
部材及び遮蔽体の断面図である。
2 is a cross-sectional view of the cup member and shield used in the laser of FIG. 1; FIG.

第3図は組立ての際にセラミツク管内に配置さ
れたときの第2図のカツプ部材の部分断面図であ
る。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the cup member of FIG. 2 when placed within the ceramic tube during assembly.

第4図は第3図に示した硬ろう挾みの透視図で
ある。
FIG. 4 is a perspective view of the hard solder clamp shown in FIG. 3.

第5図は本発明の改良型レーザーを組立てるに
使用される挿入兼膨張工具の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of the insertion and expansion tool used to assemble the improved laser of the present invention.

第6図は第5図の工具の一部の部分断面図であ
る。
6 is a partial cross-sectional view of a portion of the tool of FIG. 5; FIG.

第7図はセラミツク管内に挿入された後のカツ
プ部材を示す図である。
FIG. 7 shows the cup member after it has been inserted into the ceramic tube.

第8図は孔を確定している耐スパツタ性デイス
クを製造する装置を示す図である。
FIG. 8 shows an apparatus for manufacturing spatter-resistant disks with defined holes.

第9図は組立て前のデイスクの透視図である。 FIG. 9 is a perspective view of the disk before assembly.

第10図は第9図デイスクをカツプ部材にろう
付けするに用いる硬ろうリングの平面図である。
FIG. 10 is a plan view of a hard solder ring used to braze the disk of FIG. 9 to the cup member.

第11図はデイスクにスポツト溶接された第1
0図の硬ろうリングを示す図である。
Figure 11 shows the first spot welded to the disk.
It is a figure which shows the hard soldering ring of figure 0.

第12図は放電管内におけるカツプとデイスク
との組立体を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an assembly of a cup and a disk in a discharge tube.

発明を実施例するための最良の形態 第1図は本発明による改良型気体イオンレーザ
ー10の分解断面図である。レーザー10はアル
ゴン又はクリプトン等の活性気体で満たされた、
かつ光学的空洞を形成すべく鏡16,18(略線
的に示す)に整合された軸線14を有する放電管
12を含む。放電管12は気体封入円筒管であ
り、この放電管12を水ジヤケツト(同様に略線
で示す)20が囲む。水は入口22にてジヤケツ
ト中に流入し、熱を吸収して、出口24から流出
する。水ジヤケツトの周りには、公知の方法で放
電プラズマを閉じ込めるソレノイドがあるが図示
されていない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is an exploded cross-sectional view of an improved gas ion laser 10 according to the present invention. The laser 10 is filled with an active gas such as argon or krypton,
and includes a discharge tube 12 having an axis 14 aligned with mirrors 16, 18 (shown schematically) to form an optical cavity. The discharge tube 12 is a gas-filled cylindrical tube, and the discharge tube 12 is surrounded by a water jacket 20 (also shown in outline). Water enters the jacket at inlet 22, absorbs heat, and exits at outlet 24. Surrounding the water jacket is a solenoid, not shown, which confines the discharge plasma in a known manner.

放電管12は薄壁のセラミツク管26、陰極組
立体28、陽極30、及び端窓組立体32,34
を含む。後者窓組立体はそれぞれ陰極組立体28
及び陽極30に対するニツケル製窓支持管36に
固定されている。
The discharge tube 12 includes a thin-walled ceramic tube 26, a cathode assembly 28, an anode 30, and end window assemblies 32, 34.
including. The latter window assemblies each have cathode assemblies 28
and is fixed to a nickel window support tube 36 to the anode 30.

陰極組立体28は電源(図示してなし)に接続
され、かつ螺旋状陰極42に接続された二つの接
続部38,40を含む。陰極42からの放射及び
スパツタリングが窓32附近の領域に入ることを
防止するため、熱遮蔽体44が設けられている。
Cathode assembly 28 includes two connections 38, 40 connected to a power source (not shown) and connected to a helical cathode 42. A heat shield 44 is provided to prevent radiation and sputtering from the cathode 42 from entering the area near the window 32.

プラズマ放電路及びプラズマ放電断面積は複数
のデイスク48内に設けられる開口又は孔46に
より決定される。デイスク48は好ましくは耐ス
パツタ性の材料で作られる。第1図においては放
電管12の全体が示されていないので、七個のデ
イスクのみが示されている。一つの実際の実施例
においては50個以上のそのようなデイスクが使用
されている。
The plasma discharge path and plasma discharge cross-sectional area are determined by openings or holes 46 provided in a plurality of disks 48. Disk 48 is preferably made of a spatter resistant material. In FIG. 1, the entire discharge tube 12 is not shown, so only seven disks are shown. In one actual embodiment, more than 50 such disks are used.

デイスク48は薄壁部材であるカツプ状部材5
8の開口49の周縁に接合されている。これらは
銅などの優れた熱伝導体であり、かつ展延性を有
する材料で作られる。カツプ部材50のリム
(縁)52はセラミツク管26の内側壁に永久的
に接合されている。カツプ部材50のリム52と
開口49との間には気体戻り穴54が設けられて
いる。プラズマ放電により発生された熱はデイス
ク48及びカツプ部材50からセラミツク管26
の管壁を通して急速に伝導され、壁から熱が水冷
却材により運び去られる。
The disk 48 is a cup-shaped member 5 which is a thin-walled member.
It is joined to the periphery of the opening 49 of No.8. They are made from materials that are good thermal conductors and are malleable, such as copper. A rim 52 of cup member 50 is permanently bonded to the inner wall of ceramic tube 26. A gas return hole 54 is provided between the rim 52 of the cup member 50 and the opening 49. Heat generated by the plasma discharge is transferred from the disk 48 and cup member 50 to the ceramic tube 26.
is rapidly conducted through the tube walls, from which heat is carried away by the water coolant.

カツプ部材56のそれぞれには円筒形の遮蔽体
(リング)56が共軸的に装着され又は形成され
ている。これらの遮蔽体は領域58内の気体を比
較的低温に維持する。各遮蔽体56はカツプ50
を介してセラミツク管26の管壁への熱伝導によ
り冷却される。遮蔽体56が無ければ、領域58
内の気体は放電熱の伝導により加熱される。もし
もこれが起こると管内にはあまり重要でない気体
原子が貯留されるのでスイツチを入れてから平衡
に達するまでに長い時間が必要とされる。その理
由は放電領域内で適当な作動圧力が達成される前
に気体が気体戻り穴から陽極領域及び陰極領域に
移動しなければならないからである。遮蔽体56
が所定位置にある場合、気体は領域60から領域
58に移動するだけで平衡作動条件を確立でき
る。
A cylindrical shield (ring) 56 is coaxially mounted or formed on each of the cup members 56. These shields maintain the gas within region 58 at a relatively low temperature. Each shield 56 has a cup 50
It is cooled by heat conduction to the tube wall of the ceramic tube 26 through the tube. If there is no shield 56, the area 58
The gas inside is heated by conduction of discharge heat. If this happens, less important gas atoms will be stored in the tube and it will take a longer time to reach equilibrium after switching on. The reason is that gas must move from the gas return hole to the anode and cathode regions before a suitable operating pressure is achieved in the discharge region. Shielding body 56
is in place, gas need only move from region 60 to region 58 to establish equilibrium operating conditions.

気体戻り穴の附近における電界の影響のもとで
気体戻り穴54を通してイオンを加速することに
よつて気体のポンピング(汲上げ)が生じること
がある。遮蔽体56は再結合のための表面とイオ
ンが領域58中に遊動するためのチヤンネル62
のみとを与えることによつて領域58内のイオン
数を最小にする。
Gas pumping may occur by accelerating ions through the gas return hole 54 under the influence of an electric field in the vicinity of the gas return hole. The shield 56 provides a surface for recombination and a channel 62 for ions to migrate into the region 58.
The number of ions in region 58 is minimized by providing only 1.

よく知られていることであるが、放電領域のす
べてのイオンが孔の壁に自由落下する(理論上、
ラングミユア−トンクス模型として説明されてい
る)ように低圧放電が連続的な孔内で起生すると
きは気体ポンピングは低電流時には陽極に向き、
高電流時には陰極に向く。閉じ込め構造体が附近
に壁のない領域内にあれば、ポンピングは常に陰
極に向く。したがつて遮蔽体56の直径を適当に
選ぶことにより、装置の設計目標である最大放
電々流の下で正味のポンピングが無いようにする
ことが可能でる。これは通常の形式で内部的に気
体を戻す十分な迂回路を与えることが困難である
長いイオンレーザーにおいては考慮すべき重要点
である。
It is well known that all ions in the discharge region fall freely to the walls of the pore (in theory,
When a low-pressure discharge occurs in a continuous pore (as described as the Langmiur-Tonks model), gas pumping is directed toward the anode at low currents;
At high currents, it faces the cathode. If the confinement structure is in an area without nearby walls, pumping is always directed towards the cathode. Therefore, by appropriately choosing the diameter of the shield 56, it is possible to ensure that there is no net pumping under the maximum discharge current for which the system was designed. This is an important consideration in long ion lasers where it is difficult to provide sufficient detours for internal gas return in the conventional manner.

放電による気体ポンピングの方向は孔と遮蔽体
56の形状及び直径によつて制御出来るので、管
を管に沿つたいろいろの区間で変化するようにし
得る。したがつてたとえば一領域内で陽極ポンピ
ングを持ち、他領域で陰極ポンピングを持つよう
にし得る。これは、全体としてゼロのもしくは小
さな圧力差を与えながらもプラズマ振動の成長を
最小限にするよるような圧力勾配を、管内に与え
る。もしも気体戻り穴が、孔直径よりもやや小さ
な程度の直径から著しく拡大されると気体戻り穴
から放電も通過し得る。しかしもしも直径かつま
たは位置が変えられれば放電はこれら迂回穴を多
分通過しないであろう。それはこれが起こるため
にはこの構造体の経路にかなりの無理が必要でか
らである。この無理な経路はまた、磁界に対して
平行であるよりはむしろ磁界に垂直に放電が起生
する領域を含む。このことは放電を壁に向けて起
こし、かつ単位長さ当りの放電ポテンシヤルを上
昇させる傾向を生ずる。
The direction of gas pumping by the discharge can be controlled by the shape and diameter of the holes and shield 56, so that the tube can be made to vary at different sections along the tube. It is therefore possible, for example, to have anodic pumping in one region and cathodic pumping in another region. This provides a pressure gradient within the tube that minimizes the growth of plasma oscillations while providing an overall zero or small pressure difference. If the gas return hole is significantly enlarged from a diameter that is slightly smaller than the hole diameter, discharge can also pass through the gas return hole. However, if the diameter and/or location is changed, the discharge will probably not pass through these bypass holes. This is because the path of this structure must be strained considerably for this to occur. This forced path also includes regions where the discharge occurs perpendicular to the magnetic field rather than parallel to it. This tends to drive the discharge towards the wall and increase the discharge potential per unit length.

アルミナ管26は「クアーズ」及び「マクダネ
ルス」等の製造業者から入手可能であり、外径
1.50インチ(3.81cm)及び壁厚0.125インチ
(0.3175cm)を有する標準品目である。内側円筒
の許容範囲は外径について±0.05インチ(0.127
cm)及びインチ直線度について0.06ないし0.12イ
ンチ(0.1524ないし0.3048cm)である。標準的な
自己ジグ法及び補助ジグ法を系列ろう付けと組合
せて使用することにより第1図に示すような孔付
き管を製造することは直接的方法であろうが、内
径及び直線度に関する大きな許容範囲がそれらの
使用を不可にする。
Alumina tubing 26 is available from manufacturers such as Coors and McDonnells and is
It is a standard item with a wall thickness of 1.50 inches (3.81 cm) and 0.125 inches (0.3175 cm). Inner cylinder tolerance is ±0.05 inch (0.127
cm) and inch straightness from 0.06 to 0.12 inch (0.1524 to 0.3048 cm). Using standard self-jigging and auxiliary-jigging methods in combination with series brazing to produce perforated tubes as shown in Figure 1 would be a straightforward method, but would require significant changes in internal diameter and straightness. Tolerances preclude their use.

内径及び直線性に関する小さな許容範囲を有す
るセラミツク管が非常に高価であることは明白で
ある。以下の技術は入手可能な「標準許容範囲」
のセラミツク管を使用した第1図のイオンレーザ
ー孔付き管の製造に使用可能である。
It is clear that ceramic tubes with small tolerances regarding internal diameter and straightness are very expensive. The following techniques are "standard tolerances" available:
It can be used to manufacture the ion laser perforated tube of FIG. 1 using the ceramic tube of FIG.

第2図に示すように銅カツプ部材50はドロー
イング(引抜き)によつてOFHC銅板から成形さ
れる。その後、遮蔽体56がたとえばろう付けに
よつてカツプ50に接合される。
As shown in FIG. 2, a copper cup member 50 is formed from an OFHC copper sheet by drawing. The shield 56 is then joined to the cup 50, for example by brazing.

第3図に示す銅カツプ50とセラミツク管26
との間に、リング状ろう付け材料64(第4図)
が配置される。適当なろう付け材料の一つは「テ
イスクシル(Tiscusil)」である。この材料は、
活性金属処理と呼ばれる方法のもとでセラミツク
と金属との間の接合剤をなすペーストに使用され
ている、少量のチタニウム添加のなされた銅銀融
合体である。この処理においてはチタニウムがセ
ラミツク材料を減少させる結果、セラミツク対金
属の接合が一回の操作で果される。このことによ
りたとえば公知のモリマンガン法その他の方法に
より先行技術のセラミツク金属化法は不要であ
る。
Copper cup 50 and ceramic tube 26 shown in FIG.
A ring-shaped brazing material 64 (Fig. 4) is placed between
is placed. One suitable brazing material is "Tiscusil." This material is
A copper-silver fusion with a small addition of titanium used in a paste that forms a bond between ceramic and metal under a process called active metal processing. In this process, the titanium depletes the ceramic material so that a ceramic-to-metal bond is achieved in a single operation. This eliminates the need for prior art ceramic metallization methods, for example by the known molymanganese method or other methods.

カツプ50はの縁表面に沿つて円周方向に延び
た溝66を与えることが望ましいことが見出され
ている。この溝はリング状ろう付け材料に形成さ
れたリツプ(唇)68を受承する。リツプと溝の
組合せの目的はろう付け作業の間、ろう付け材料
がずれるのを防止するためである。これはカツプ
リム(縁)の角にて清浄な銅とセラミツクの接触
をなすことを確実にする。
It has been found desirable to provide the cup 50 with a circumferentially extending groove 66 along the edge surface thereof. This groove receives a lip 68 formed in the ring of brazing material. The purpose of the lip and groove combination is to prevent the brazing material from shifting during the brazing operation. This ensures clean copper to ceramic contact at the corners of the cut rim.

第5図ないし第7図はいかにして個々のカツプ
部材50がセラミツク管26の内側壁に抗して膨
張し、その結果、ろう付けの前に確実な機械的固
着を形成するか、を示している。セラミツク管2
6はレール72に沿つて平行に移動し得るキヤリ
ツジ70上に支持されている。管26内には遊動
心金74がある。細長い部分78及び膨張ヘツド
80を含んだ膨張工具76はレール72に平行に
固定されている。銅カツプ50が最初に膨張ヘツ
ド80上に挿入される。次にキヤリツジ70が管
26内でカツプ50を中心に据えながら破線で示
すように膨張工具76に向けて移動される。
FIGS. 5-7 show how the individual cup members 50 expand against the inner wall of the ceramic tube 26 so as to form a secure mechanical bond prior to brazing. ing. Ceramic tube 2
6 is supported on a carriage 70 which can be moved in parallel along rails 72. Within tube 26 is a floating mandrel 74 . An expansion tool 76, including an elongated portion 78 and an expansion head 80, is secured parallel to rail 72. Copper cup 50 is first inserted onto inflation head 80. Carriage 70 is then moved toward inflation tool 76 as shown in phantom while centering cup 50 within tube 26.

水圧ポンプ(図示してなし)のような適当な装
置がピストン79を駆動するように働し、このピ
ストンが、カツプ状部材50内で円周方向に配置
された複数の指片84に抗して、それまでつめ込
まれていた弾性体リング(第6図)を外向きに押
しひろげる。これらの指片はリム52を変形し、
かつ強制的にセラミツク管26に固く接触させ
る。この位置(第7図)にあるとき管は後のろう
付け作業を受ける態勢になつている。
A suitable device, such as a hydraulic pump (not shown), serves to drive the piston 79, which resists a plurality of circumferentially disposed fingers 84 within the cup-like member 50. Then push outward and spread out the elastic ring (Fig. 6) that had been packed in until then. These fingers deform the rim 52,
And, it is forcibly brought into firm contact with the ceramic tube 26. In this position (FIG. 7) the tube is ready for subsequent brazing operations.

銅カツプ50は、これらを膨張するに必要な力
を最小にし、かつこれらをセラミツク管26と一
層良好に適合し得るように、管26内に挿入され
る前に焼鈍される。このことは管の内径が少々内
より歪であるので、望ましい。
The copper cups 50 are annealed before being inserted into the tube 26 to minimize the force required to expand them and to make them better compatible with the ceramic tube 26. This is desirable since the inner diameter of the tube is slightly more distorted than the inner diameter.

ろう付けに先立つてデイスク48を鍍金するこ
とをここで説明する。初めにタングステンデイス
ク48はOリング90(第8図)の内側に金属製
スペーサ88により離隔された状態で心金86上
にねじ込みされる。この組立体は次に0.0005ない
し0.0010インチ(0.00127ないし0.00254cm)の厚
さにニツケル鍍金される。Oリング90はデイス
クの内側領域を被覆し、金属スペーサ88はデイ
スクに対する電気接触を与える。この被覆はその
後、硬ろう材料により表面が濡らされるのを防
ぐ。ニツケル被覆された外側領域92を有する成
形済みデイスクが第9図に示されている。
Plating the disk 48 prior to brazing will now be described. Initially, tungsten disk 48 is screwed onto mandrel 86 inside O-ring 90 (FIG. 8) and spaced apart by metal spacer 88. This assembly is then nickel plated to a thickness of 0.0005 to 0.0010 inches (0.00127 to 0.00254 cm). An O-ring 90 covers the inner area of the disk and a metal spacer 88 provides electrical contact to the disk. This coating then prevents the surface from being wetted by the solder material. A molded disk having a nickel coated outer region 92 is shown in FIG.

鍍金の後、デイスク48は900℃にて10分間水
素中で燃やされる。これがニツケル鍍金を焼鈍し
てニツケル−タングステン接合を改善する。ウエ
スタンゴールドアンドプラチナムカンパニーから
入手出来る直径0.030インチ(0.0762cm)のニク
ルシ−3線から第10図に示すような硬ろうリン
グ94が成形される。この硬ろうリングは次に第
11図に示すようにタングステンデイスク48の
片面に対し点96にてスポツト溶接される。
After plating, the disk 48 is fired in hydrogen at 900° C. for 10 minutes. This anneals the nickel plating and improves the nickel-tungsten bond. A hard solder ring 94, shown in FIG. 10, is formed from 0.030 inch (0.0762 cm) diameter Nikulsi-3 wire available from Western Gold and Platinum Company. This hard solder ring is then spot welded to one side of the tungsten disk 48 at point 96 as shown in FIG.

ここで管組立てシーケンスを説明する。最初に
膨張工具76上にカツプ50が置かれ、工具が十
分に膨張され、カツプ50を所定位置に保持す
る。硬ろう箔リング64がカツプ50の周囲に置
かれ、カツプが管26内の適切な位置に来るまで
キヤリツジと管が移動される。タングステン心金
74は管26の内部で自由に遊動し膨張工具の穴
の内部に滑動するようにキヤリツジ70上を管と
共に移動する。カツプ50が膨張された後、弾性
体78の圧力が緩和され、次にキヤリツジと管の
組合せ体が膨張工具からはずされる。次に第12
図に示すように心金上をタングステン製デイスク
−硬ろうリング組立体が滑動する。カツプ50と
デイスク48を交互に据付けしながら孔が完成さ
れるまでこの手続が繰返される。
Here, the tube assembly sequence will be explained. The cup 50 is first placed on the inflation tool 76 and the tool is fully inflated to hold the cup 50 in place. A hard solder foil ring 64 is placed around the cup 50 and the carriage and tube are moved until the cup is in the proper position within the tube 26. The tungsten mandrel 74 is free to float within the tube 26 and travels with the tube on the carriage 70 so as to slide into the bore of the expansion tool. After the cup 50 is inflated, the pressure on the elastic body 78 is relieved and the carriage and tube combination is then removed from the inflation tool. Then the 12th
A tungsten disk-hard ring assembly slides over the mandrel as shown. This procedure is repeated, installing alternately cups 50 and disks 48, until the hole is completed.

実際上は心金直径に合致する最初及び最後のタ
ングステンデイスク48はより高温用の硬ろう合
金を用いてそれぞれの銅カツプ50に対し予めろ
う付けしておくことも出来る。これらの二つのデ
イスクは孔の中心線を確定している。
In practice, the first and last tungsten discs 48, which match the mandrel diameter, can be pre-brazed to their respective copper cups 50 using a higher temperature hard solder alloy. These two discs define the centerline of the hole.

ろう付けに先立つて心金をつけたままの管−孔
組立体は端「B」(第12図)を上向きにして真
空炉内に鉛直に置かれる。心金74は一端を固定
されてろう付けサイクルの間、反対端が引張られ
ることによつてぴんと張られる。これによりすべ
ての中間デイスク48がろう付け後には、光学的
に直線的な孔形成すべく整合されることが保証さ
れる。
Prior to brazing, the tube-bore assembly with the mandrel attached is placed vertically in a vacuum furnace with end "B" (FIG. 12) facing upward. The mandrel 74 is held taut at one end and pulled taut at the opposite end during the brazing cycle. This ensures that all intermediate discs 48 are aligned to form optically straight holes after brazing.

次第に大きくなるデイスク孔49を有する一又
はそれ以上の区間からなる「遷移」区間が一端又
は両端に設けられる。この場合、最初と最後の
「心金寸法」のデイスク及びこれらの外方にある
大き目寸法のデイスクはすべて予めろう付けされ
てある。
A "transition" section consisting of one or more sections with progressively larger disc holes 49 is provided at one or both ends. In this case, the first and last "core size" disks and the larger size disks outside these are all pre-brazed.

組立体が加熱されるにつれて銅はセラミツクよ
りも膨張する傾向にある。その理由はそれらの熱
膨張係数が異なるからである。その結果、ろう付
け温度が達成されたときには管26内でカツプ5
0が非常に堅固に係合される。銅はろう付け温度
にて十分に焼鈍されるが、これは、冷却期間中に
熱膨張差により生じた応力に応じて延びてろう付
け点にてセラミツクからはずれなくなるために、
好ましいことである。
Copper tends to expand more than ceramic as the assembly is heated. The reason is that their coefficients of thermal expansion are different. As a result, when the brazing temperature is achieved, the cup 5 is in the tube 26.
0 is very tightly engaged. The copper is well annealed at the brazing temperature because it will stretch in response to the stresses created by differential thermal expansion during the cooling period and will not dislodge from the ceramic at the brazing point.
This is desirable.

「遊動」デイスクを引張された直線状心金上に
整合する工程は、非常に要求公差が低いセラミツ
ク管内で厳格に光学的に直線的な孔を造形するた
めには非常に重要である。「非常に直線的孔」は
全体的な直線度が孔直径の10%未満であるものと
解釈してよい。
The step of aligning the "floating" disk onto a tensioned straight mandrel is very important for producing strictly optically straight holes in ceramic tubes, which have very low tolerance requirements. "Very straight pores" may be interpreted as having an overall straightness of less than 10% of the pore diameter.

陰極組立体28は銅製容器29内に収容される
が、この容器は管26と気密密封を形成せねばな
らない。この(密封のための)接合を形成するに
は上記と同じ膨張−ろう付け法が使用される。管
の内側ではカツプと管壁との間の良好な熱伝導性
を得るためにろう付けが必要である。端部では真
空密封接合が同様に必要であり、膨張後にカツプ
が管壁の小さな不規則性に順応するようにたがね
形の工具によりカツプを壁に一層密着した状態に
押圧し得る。これにより一層良好な真空密封が得
られる。
Cathode assembly 28 is housed within a copper container 29, which must form a hermetic seal with tube 26. The same expansion-brazing method described above is used to form this joint. Brazing is necessary on the inside of the tube to obtain good thermal conductivity between the cup and the tube wall. At the ends a vacuum-sealed joint is likewise necessary, and after expansion the cup may be pressed more closely against the wall by a chisel-shaped tool so that the cup conforms to small irregularities in the tube wall. This provides better vacuum sealing.

この同じ製造法が陽極30の装架に使用され
る。その結果得られる形状は重要な利点を有す
る。陽極30はカツプ50の設計と類似した銅カ
ツプ51により装架される。その結果、陽極によ
り発生された熱はカツプ51を通して管外に伝導
される。かくして陽極は冷却水との電気的接触が
全く無いまま冷却される。陽極は、米国特許第
3501714号におけるような陽極と管26との間の
絶縁ワニスを使用せずとも管のの残りの部分から
電気的に孤立している。また、導線(図示してな
し)は管26の壁を通過することなく管から引出
される。
This same manufacturing method is used for mounting the anode 30. The resulting shape has important advantages. Anode 30 is mounted by a copper cup 51 similar in design to cup 50. As a result, the heat generated by the anode is conducted out of the tube through the cup 51. The anode is thus cooled without any electrical contact with the cooling water. The anode is manufactured by U.S. Patent No.
It is electrically isolated from the rest of the tube without the use of an insulating varnish between the anode and the tube 26 as in No. 3,501,714. Also, the conductor (not shown) is drawn out of the tube 26 without passing through the wall of the tube.

高い耐スパツタ性の材料を与えるもう一つの技
術は公知の方法により銅カツプ50の中心領域上
にタングステンを蒸着することである。この場合
はもちろんタングステンデイスク48を心金上に
心置きさせるべく滑動せしめる上記の便法は適用
出来ない。しかし直線的孔は、外部からの機械的
規準を基に決定された管中心にタングステンを保
持するためのピンを備えた挿入具の使用により、
依然達成し得る。次に、タングステン鍍金された
銅中心部分が整合された状態を維持しつつ、銅カ
ツプリムが管壁に対して適応するように銅カツプ
が膨張されて、管壁に当たる。
Another technique to provide a highly spatter resistant material is to deposit tungsten onto the central region of the copper cup 50 by known methods. In this case, of course, the above expedient of sliding the tungsten disc 48 to center it on the mandrel cannot be applied. However, a straight hole can be created by using an insert with a pin to hold the tungsten in the center of the tube determined by external mechanical criteria.
Still achievable. The copper cup is then expanded against the tube wall so that the tungsten plated copper center portion remains aligned and the copper cup rim conforms to the tube wall.

銅カツプ50はアルミナに装着するもう一つの
方法は次の通りである。MoMnで予め金属化す
るか又は他の方法で金属化されたアルミナ管26
の壁と接触するようにカツプが膨張されたときに
カツプ50とセラミツクの金属化された周縁とを
加熱してはんだを融解するパルス誘導加熱装置に
より、銅カツプを所定位置にパルスろう付けし得
る。パルス終了後にアルミナ壁を冷却することに
よりはんだがその融解点以下に冷却される結果、
銅カツプを所定位置にろう付けしたまま工具が直
ちに引出され得る。この方法は永久磁石が管の内
側に使用される場合に好ましい。なぜならばこの
方法は磁石が磁気を失なわない低温で銅カツプを
装着する一つの方法だからである。
Another method for attaching the copper cup 50 to alumina is as follows. Alumina tube 26 pre-metallized with MoMn or otherwise metallized
The copper cup may be pulse brazed in place by a pulse induction heating device that heats the cup 50 and the ceramic metallized periphery to melt the solder when the cup is expanded into contact with the wall. . As a result of cooling the alumina wall after the pulse ends, the solder is cooled below its melting point.
The tool can be withdrawn immediately with the copper cup brazed in place. This method is preferred when permanent magnets are used inside the tube. This is because this method is one way to attach copper cups at low temperatures without causing the magnet to lose its magnetism.

管は比較的低温で作動するので、水冷却の中断
が冷却ジヤケツト内に残つている水を沸騰させる
ことはない。計算の示すところによれば管内に蓄
積された熱は孔付き管26を水沸点まで上昇させ
るにさえ不十分である。空気冷却管もまたこのレ
ーザー設計法で実現可能である。(その場合)冷
却フインがアルミナ管26の外表面に直接に装着
される。
Since the tubes operate at relatively low temperatures, interruptions in water cooling will not boil the water remaining in the cooling jacket. Calculations indicate that the heat stored within the tube is insufficient to even raise the perforated tube 26 to the boiling point of water. Air cooling tubes are also possible with this laser design method. (In that case) cooling fins are attached directly to the outer surface of the alumina tube 26.

一つの実際の実施例においては次の寸法が使用
された。
In one actual example, the following dimensions were used:

カツプ(50) 厚さ 0.0762cm 開口(49)の直径 0.7874cm 外径 2.8575cm ろう付けリング(64) 厚さ 0.00508cm デイスク(48) 孔(46)直径 0.2794cm 外径 1.27cm 厚さ 0.0254cm 遮蔽体(56) 外径 1.905cm 内径 1.5875cmKatsupu (50) Thickness 0.0762cm Diameter of opening (49) 0.7874cm Outer diameter 2.8575cm Brazing ring (64) thickness 0.00508cm Disc (48) Hole (46) Diameter 0.2794cm Outer diameter 1.27cm Thickness: 0.0254cm Shield (56) Outer diameter 1.905cm Inner diameter 1.5875cm

JP50176382A 1981-05-04 1982-05-03 laser Granted JPS58500682A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/259,912 US4376328A (en) 1981-05-04 1981-05-04 Method of constructing a gaseous laser
US06/259,911 US4378600A (en) 1981-05-04 1981-05-04 Gas laser
US259912 1981-05-04
US259911 1999-03-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58500682A JPS58500682A (en) 1983-04-28
JPH0126553B2 true JPH0126553B2 (en) 1989-05-24

Family

ID=26947614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP50176382A Granted JPS58500682A (en) 1981-05-04 1982-05-03 laser

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP0077824B1 (en)
JP (1) JPS58500682A (en)
DE (1) DE3277487D1 (en)
WO (1) WO1982003950A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4647244A (en) * 1984-05-21 1987-03-03 Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon-Buehrle Ag Hermetic seal for window usable with infrared detector
GB8416916D0 (en) * 1984-07-03 1984-08-08 Maloney C E Gas laser tube apparatus
DE8433460U1 (en) * 1984-11-15 1985-03-21 Gerhardt, Harald, Dr., 3012 Langenhagen GAS LASER PIPE
US4734915A (en) * 1985-03-26 1988-03-29 Coherent, Inc. Conduction cooled laser bore structures formed from graphite and other materials
US5117435A (en) * 1990-10-25 1992-05-26 Coherent, Inc. Pressure regulation system for gas laser based on temperature of anode stem

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE469085A (en) * 1941-01-21
US3522551A (en) * 1966-05-31 1970-08-04 Rca Corp Laser tube construction
US3501714A (en) * 1967-03-13 1970-03-17 Perkin Elmer Corp Dc excited gas laser tube with conductive sidewalls
US3500520A (en) * 1968-01-02 1970-03-17 Hughes Aircraft Co Method of obtaining aperture alignment in an electron gun construction
NL6906584A (en) * 1968-06-17 1969-12-19
US3619810A (en) * 1968-08-19 1971-11-09 Coherent Radiation Lab Inc Ion laser core
US3760213A (en) * 1971-04-29 1973-09-18 Coherent Radiation Anode for a discharge tube
US3798486A (en) * 1972-11-06 1974-03-19 Rca Corp Metal vapor laser discharge device
SU744776A1 (en) * 1978-01-11 1980-06-30 Предприятие П/Я Г-4937 Method of manufacturing electron-beam device projector

Also Published As

Publication number Publication date
EP0077824A1 (en) 1983-05-04
JPS58500682A (en) 1983-04-28
WO1982003950A1 (en) 1982-11-11
EP0077824B1 (en) 1987-10-14
DE3277487D1 (en) 1987-11-19
EP0077824A4 (en) 1984-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4378600A (en) Gas laser
US7721428B2 (en) Method for making an electrode assembly
US6867385B2 (en) Self-fixturing system for a vacuum interrupter
US4746054A (en) Method of joining concentric cylinders
JPH0126553B2 (en)
US4376328A (en) Method of constructing a gaseous laser
JPS62501461A (en) Gas laser, especially ion laser
EP0196211B1 (en) Bore assembly for gas laser
JP2003039173A (en) Plasma arc torch electrode
US4270069A (en) Traveling wave tube and method of making same
US4843277A (en) Single crystal emitter with heater wire embedded therein
US4756001A (en) Gas discharge tube for an ion laser
US3760213A (en) Anode for a discharge tube
US3878425A (en) Vacuum - tight carbon bodies
US5177761A (en) Gas discharge tube having refractory ceramic coated bore disc for ion laser
JPH0432133A (en) Cathode support body structure of magnetron
JPH0711476Y2 (en) Ion laser tube
JPH05314894A (en) X-ray tube cathode structure and manufacture thereof
JP3024494B2 (en) Hollow cathode
EP0543676B1 (en) Ion-laser tube
JPS5814512Y2 (en) Electron tube heater structure
JPS61185984A (en) Ion laser tube
US4876691A (en) Ion laser
JPS6181683A (en) Ion laser tube
Xiaoxian et al. A new technology for slow wave structure welding